2008年11月18日 星期二

為台灣多樣生物編上條碼

科學人》雜誌11月號 撰文∕邵廣昭
2008/11/19

生命條碼計畫的重點在建立完整的物種條碼資料庫,是一個既競爭又合作的新興領域。為了資源的保育及永續利用,台灣已積極跨出這一步。

生命條碼的構想在2003年剛提出時,雖曾引發一些爭議,但是因為它便捷可行,且對基礎和應用科學均可帶來深遠的影響,所以受到國際學界重視。目前全球已有45國、150個學術機關加入其聯盟,所典藏的存證標本及DNA條碼也正在快速累積中。

短短幾年內,「生命條碼」(barcode of life)這個關鍵詞已經出現在200多種學術期刊中,在這樣一個既競爭又合作的新興領域裡,台灣究竟應扮演何種角色?是應該積極投入,或是持續觀望、期盼坐享其成呢?

一個聰明的新想法

近 300年來,物種的鑑定均需仰賴生物的形態特徵,但不少特徵會受到生物成長、性別、環境而有個體的差異。不同生物類群的特徵又不同,也無法做跨類群間的比 較,但如利用DNA來鑑定,這些問題即可迎刃而解,因此早在20多年前,學界即開始流行利用DNA序列來進行分子分類學或分子系統學的研究,只是當時並未 統一使用同一片段的基因,也未要求典藏存證標本及共同建置統一的條碼資料庫。今天我們所談的「生命條碼」,其實並非什麼新技術或新知識,它只是一個聰明的 想法和一項需要靠大家共同合作的行動方案,可以有效解決傳統分類方法所面臨的相似種、卵、幼生,或殘餘組織無法鑑定到種的問題。

這個計畫對於回答「地球上究竟有多少物種?」這樣的老問題,也可以提供一個較確切又很不一樣的答案。譬如傳統分類法應已完成所有的鳥類鑑種,但若經由 DNA 序列的協助,可再增加約5~10%的新種。體型小又難分辨的寄生性昆蟲,例如哥斯大黎加某一地區的寄生蠅類,經DNA鑑別後,物種數甚至可增加到三倍以 上。過去因鑑種困難而停滯不前的群聚生態學,可因此獲得突破,也可促使科學家轉而投入食物網或生態系的研究層次,正符合了生物多樣性公約 (Convention on Biological Diversity)所要求以生態系取向的經營管理目標。

在應用科學方面,生命條碼更是潛力無窮。利用DNA條碼製成生物晶片來快速鑑種的方法,已在美、日、韓等國開始實際應用,相信不久之後,小型手持式的條碼 機或是大型的物種篩檢儀就會問世。屆時對入侵種防治、食品檢驗、非法貿易、水樣中的生物監控、生態監測等管理工作,均會有革命性的突破和進展,鑑種工作即 可因條碼的鑑別,既客觀又快速且自動化地進行。

正因為上述原因,國際生命條碼聯盟(Consortium for the Barcode of Life, CBOL)能在短短五年內連續獲得史隆基金會與摩爾夫婦基金會等私人基金會的贊助,支持生其命條碼計畫;加拿大圭爾夫大學則已向政府申請1億5000萬美 元的「國際生命條碼倡議計畫」(International Barcode of Life Initiative, iBOL)來全力推動,欲完成50萬種、500萬件條碼的登錄。目前美、加、日、韓、澳等國家均已展開其本土生命條碼的大型計畫,希望能早日付諸實施,要 在許多物種消失之前,趕緊典藏及保存;而台灣本土生物多樣性的研究和保育,必須靠我們自己來進行,自然也就無法置身事外。

未定序列,先藏標本

目前國際學術界已經統一使用細胞色素c氧化次單元1(CO1)的基因序列做為生命條碼,雖然台灣尚未有一個整合性的計畫來推動生命條碼,但典藏酒精標本以 便未來進行DNA的比對鑑種,卻早已開始。1998年,中央研究院動物所的魚類生態演化研究室為進行魚卵及仔稚魚的分類,即已經重新蒐集各種魚類成魚的酒 精標本。

2004年中研院新成立的生物多樣性研究中心在林務局的委託下,更整合了國內七個單位,執行「台灣野生動物遺傳物質的典藏與保存」四年計畫,有系統蒐集條 碼所需的昆蟲及脊椎動物的標本,先保存於液態氮中,將來再做定序;到2007年底為止,此一又稱「冷凍方舟」的計畫已收藏了2140種共8400件的標 本。2008年起,林務局將這個計畫改以開放性按件計酬的方式收藏,並擴及真菌及其他動物類群,條件是必須典藏存證標本、備份標本需移存到畜產試驗所的種 原中心,而完整的標本資訊需納入中研院所建置的資料庫(http:/cryobank.sinica.edu.tw)。

至於在條碼的研究和應用上,林業試驗所於2005年嘗試以國際上所建議的核糖體內轉錄區間(internal transcribed spacer, ITS)、葉綠體中的rbcL和trnH-psbA等片段進行植物類群的研究;國立自然科學博物館與財團法人食品工業發展研究所的菌種中心合作,也以 ITS片段建立真菌的條碼;海洋大學海洋生物研究所利用rbcL來建構紅藻的分類系統;中研院生物多樣性研究中心則除了魚類的CO1以及細胞色素 b(cyt b)的基因外,也嘗試建立沙蠶及海鞘的CO1條碼;珊瑚則因演化慢,國際間尚未確定採用何段基因。

另外,特有生物保育中心已在進行陸生蝸牛標本及條碼的收集,中興大學及台灣大學昆蟲系、屏東科技大學植物保育系、農委會動植物防疫檢疫局及林試所,亦分別 投入不同類群昆蟲的分子鑑種研發工作;台灣師範大學生命科學系及文化大學生物系則負責建立兩生類、爬行類及鳥類的條碼資料庫。

不過上述不少研究仍多著重在探討某些物種是否真為台灣特有種或特有亞種,以及其與大陸及鄰近地區間的遺傳距離、演化擴散、地理親緣或檢討分類系統;只有少數類群,如昆蟲、魚類和鯨豚,已應用到害蟲的鑑定防治、取締違法交易,以及資源管理的系群判別上。

台灣的生態與學術優勢

台灣因擁有高山及深海等各種不同的陸域及海洋生態系,棲地多樣化造就了豐富的物種多樣性。粗略估計,台灣陸域生物物種數約佔全球的2.5%,而海洋則達 10%,換言之,台灣單位面積的物種數比其他國家在陸域的物種數平均高100倍,而海域則為400倍。特別是台灣特有種生物的比例甚高,如陸域植物有高達 1/4為特有種,也因此全球任何生物多樣性資料庫的建立,例如全球物種名錄(Catalog of Life)、生命演化樹(Tree of Life)、生命大百科(Encyclopedia of Life)以及生命條碼等,如缺少了台灣這一塊,全球的拼圖就不會完整。這也使得台灣儘管外交被孤立,參與國際組織及活動受到打壓和限制,但仍有很多機會 可以參與國際合作。

譬如台灣因非聯合國會員國,無緣加入生物多樣性公約成為締約國,但仍可加入在公約推動下所成立的多樣性科學國際計畫(DIVERSITAS)、全球生物多 樣性資訊機構(GBIF)、全球物種名錄、生命條碼、海洋生物普查計畫(Census of Marine Life)等各種國際組織及其合作計畫。

台灣除了物種豐富的先天優勢外,在分類、分子演化的研究表現優異,同時人才濟濟,尤其資料庫、網絡建設及資訊技術和軟、硬體等亦頗先進。特別是五年前,在 數位典藏國家型研究計畫的支助下,全台灣大部份的標本均已數位化及整合,遺傳物質的保存計畫也已啟動,整合台灣生物多樣性資料的台灣物種名錄 (TaiBNET, http://taibnet.sinica.edu.tw)及台灣生物多樣性資訊入口網(TaiBIF, http://taibif.org.tw)兩網站也已建置完成,並與國際GBIF接軌,因此台灣在生命條碼的研究與合作上已具備優勢和競爭力,這是 2007年9月CBOL的第二屆全球大會及第一屆東亞地區區域合作會議選擇在台北召開的主要原因之一。

【欲閱讀完整的豐富內容,請參閱科學人2008年第81期11月號】

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